【摘 要】
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石墨烯有望作为硅材料的补充,成为后摩尔时代电子器件发展的重要角色,在新一代晶体管研制中占据突出地位。本工作采用机械剥离的单层石墨烯作为沟道材料,并将其转移至图案化衬底上,完成石墨烯场效应晶体管（Graphene Field-Effect Transistor,GFET）的制备。研究了不同结构衬底下GFET的输出转移特性,并探究了器件击穿后的电学特性。此外,利用石墨烯/二硫化钨（WS2）复合材料制备
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石墨烯有望作为硅材料的补充,成为后摩尔时代电子器件发展的重要角色,在新一代晶体管研制中占据突出地位。本工作采用机械剥离的单层石墨烯作为沟道材料,并将其转移至图案化衬底上,完成石墨烯场效应晶体管（Graphene Field-Effect Transistor,GFET）的制备。研究了不同结构衬底下GFET的输出转移特性,并探究了器件击穿后的电学特性。此外,利用石墨烯/二硫化钨（WS2）复合材料制备了电阻式气体传感器,揭示了该复合材料的吸附机理,实现了传感器件对NH3的检测。采用微纳加工技术完成了悬浮式和薄栅式GFET两种器件的制备。测试表明:两种器件的输出曲线均呈现良好的线性关系,氧化层厚度的减少使得器件更容易在低电压下实现调控,使得薄栅GFET的栅压仅为-4～4 V。电荷钉扎效应以及测试环境等因素的影响,使两种GFET电荷中性点偏移,也致使薄栅GFET的转移曲线的电子-空穴非对称性较为明显。转移后的样品质量及衬底表面的杂质散射影响GFET的载流子迁移率,计算表明:室温下悬浮式和薄栅式GFET的载流子迁移率分别约为3043.8 cm~2V-1s-1和539.8 cm~2V-1s-1。在高电场的持续作用下,局部SiO2厚度较薄的区域容易被击穿,形成点缺陷,点缺陷逐渐增多且相互接触,形成贯穿氧化层的导电通道。石墨烯和导电通道内新生成的Si直接接触,形成了肖特基接触,此时被击穿后的器件为类肖特基二极管。击穿后的器件的输出曲线沿纵坐标平移,转移曲线出现单极性,此结果对沟道材料被污染或器件失效提供一种判断依据。利用石墨烯/WS2制备的气体传感器完成了在30℃和60℃下对NH3的检测试验。结果表明:温度的提高加速了气体的运动,缩短了气体的脱附时间,表明NH3分子以物理吸附为主。此外,温度的提升改善了石墨烯与电极之间的接触,降低了器件的总阻值。两种温度下,器件对浓度为100 ppm的NH3响应度分别为2.42%和1.73%,说明该复合材料能够完成对NH3的吸附,该研究为石墨烯及其他复合材料在气体传感方面的应用提供了新的思路。
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